JP4079534B2 - Measuring head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標測定機械、工作機械等において使用される測定対象物との接触又は接触による変位を検知する測定ヘッドに関し、特に、測定時におけるフィーラの振動を抑制する手段を備えた測定ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
測定対象物との接触又は接触後の変位を測定する測定ヘッドは、中空のハウジングと、測定対象物に接触させるためのフィーラとを具備している。フィーラは長尺の部材より成り、その一端においてハウジング内に設けられた支持部材(支持板)に固定されている。該支持板は、ハウジング内においてばね等により変位自在に支持されている。更に、ハウジング内には支持板が変位したことを検知するための検知器が配設されている。この種の測定ヘッドでは、フィーラが、その先端部において測定対象物に接触すると、フィーラの先端が変位し、その変位が支持板の変位として現れ、接触した瞬間が検知器にて検知されるのである。検知器には、測定対象物との接触を検知するマイクロスイッチによるタッチ式や、フィーラの変位を検知する差動トランスによる変位測定式などがある。
【0003】
このような測定ヘッドは、二次元形状や三次元形状を測定する測定機械において使用される。また、この測定ヘッドを工作機械の主軸に装着することも可能である。この場合には、測定対象物と接触したときの工作機械のもつX、Y、Z軸の位置座標を工作機械のNC装置を介して読み取り、測定対象物の寸法、例えば、加工されたワークの寸法を測定する。この場合には、例えば、ワークの加工不足の部分を再度加工するために測定した寸法を利用する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
測定時の位置決め又は接近動作を行ったときの加速及び停止によって貫性力が加えられると、測定ヘッド、特にフィーラに振動が発生する。その振動の振幅は測定ヘッドの検知器によって接触又は変位として誤検知され、測定誤差を生じたり測定の再現性が悪化する問題がある。この問題を避けるために、従来技術では、測定ヘッドに振動が生じない程度まで送り速度を低下させている。
【0005】
本発明は、測定動作時に測定ヘッドに発生する振動を抑制、減衰し、それにより高精度の測定を行うことを可能とさせる測定ヘッドを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定動作時における振動を抑制、減衰するための緩衝手段を測定ヘッドのハウジング内に設けることによりこの問題を解決する。
すなわち、本発明は、ハウジングと、ハウジングに支持され且つ被測定物と接触する測定フィーラとを備える測定ヘッドにおいて、前記ハウジング内に設けられ、前記測定フィーラの基端部を固定する支持部材と、前記支持部材に関してフィーラ側に配設された第1の制振手段と、前記支持部材に関してフィーラの反対側に配設された第2の制振手段とを具備し、前記支持部材を支持するための支点が配設されておらず、前記支持部材は、前記第1の制振手段及び前記第2の制振手段によって支持されていることを特徴とした測定ヘッドを要旨とする。
【0007】
【作用】
請求項1に記載の本発明では、制振手段により支持部材を両側から支持する共に、支持部材の振動エネルギを熱に変換、散逸する。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1を参照して本発明に関連する第1の実施形態を説明する。
第1の実施形態による測定ヘッド11は、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるためのフィーラ7とを具備している。フィーラ7は長尺の部材より成り、その中心軸線Oを中心として、その先端7aが触れ回りできるように揺動自在にハウジング9に支持されている。より詳細には、フィーラ7は、その基端部7bがハウジング9内に配設された支持板5(支持部材)に取り付けられており、該支持板5は、ハウジング9の内面から突き出した支点13と、支持板5を支点13へ押圧、付勢するためのばね17と、ばね17に関して並列に配設された緩衝手段としてのダッシュポット15とにより支持されている。ばね17及びダッシュポット15がフィーラ7の振動を抑制、吸収する振動抑制手段として作用する。更に、ハウジング9内には支持板5が変位したことを検知するためのマイクロスイッチ19が配設されている。マイクロスイッチ19は、支持板5が変位したことを検知して検知信号を発生する。なお、図1には2つの支点13が図示されているが、実際上は、支持板5は3つの支点13により三点支持される。
【0010】
測定ヘッド11を例えば工作機械(図示せず)の主軸等に取り付け、工作機械の送り装置(図示せず)によりワーク(図示せず)等の測定対象物に対してX、Y、Zの3軸方向に相対的に送ることにより、ワークの各部の寸法を測定するために用いることができる。その際、フィーラ7が、その先端部7aにおいて測定対象物に接触すると、フィーラ7の先端部7aが変位し、その変位が支持板5の変位として現れ、接触した瞬間がマイクロスイッチ19にて検知され、マイクロスイッチ19から検知信号が発生したときのX、Y、Z軸の位置座標を例えば工作機械のNC装置等により読み取ることによりワークの形状測定が可能となる。
【0011】
測定ヘッド11にX、Y、Zの3軸方向の相対送りを与えるとき、及び、測定ヘッド11のフィーラ7が測定対象物に接触したとき、フィーラ7が振動する。従来技術による測定ヘッドでは、フィーラの振動の収束に時間がかかり、これが測定誤差の要因となったり、位置測定の再現性を低下させる原因となっている。本実施形態によれば、制振手段としてのばね17とダッシュポット15がフィーラ7の振動を抑制、減衰するので上述した従来技術の問題が解決される。
【0012】
次に、図2を参照して本発明に関連する第2の実施形態を説明する。
第2の実施形態による測定ヘッド21は、第1の実施形態の測定ヘッド11と概ね同様に構成されており、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は、変位可能にハウジング9に支持されている。より詳細には、フィーラ7の基端部7bが取り付けられた支持板5は、ハウジング9の内面から突き出した支点13と、支持板5を支点13へ押圧、付勢するためのばね27及びばね27に関して並列に配設されたダッシュポット25とにより支持されている。支持板5にはマイクロスイッチ29が取り付けられている。また、図2には2つの支点23が図示されているが、実際上は、支持板5は3つの支点23により三点支持される点も第1の実施形態と同様である。
【0013】
第1の実施形態では、支点13は、ハウジング9内において支持板5に関してフィーラ7の反対側に配設されている(図1参照)が、第2の実施形態では、支点23はハウジング9内において支持板5に関してフィーラ7側に配設されており、制振手段としてのばね27及びこれに並列に配設されたダッシュポット25が、支持板5に関してフィーラ7の反対側に配設されている。第2の実施形態においても、制振手段としてのばね27及びダッシュポット25がフィーラ7の振動を抑制、減衰する点は第1の実施形態と同様である。
【0014】
次に、図3を参照して本発明である第3の実施形態を説明する。
第3の実施形態による測定ヘッド31は、第1と第2の実施形態の測定ヘッド11、21と同様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺動自在にハウジング9に支持されているが、第3の実施形態では、第1と第2の実施形態とは異なり、ハウジング9内には支持板5を支持するための支点が配設されていない。支持板5は、支持板5に関してフィーラ7側に配設された第1の制振手段としての第1のばね37a及びこれに並列に配設された第1のダッシュポット35aと、支持板5に関してフィーラ7の反対側に配設された第2の制振手段としての第2のばね37bと、第2のばね37bに関して並列に配設された第2のダッシュポット35bとにより支持されている。支持板5にはマイクロスイッチ39が取り付けられている。第3の実施形態においても、第1の制振手段としての第1のばね37a、第1のダッシュポット35a、及び、第2の制振手段としての第2のばね37b、第2のダッシュポット35bがフィーラ7の振動を抑制、減衰する点は第1と第2の実施形態と同様である。
【0015】
既述の実施形態では、制振手段はフィーラ7の中心軸線Oに関して概ね平行に配設されているが、本発明はこれに限定されず、軸線Oに関して垂直方向に設けても良い。
【0016】
次に、図4を参照して本発明に関連する第4の実施形態を説明する。
第4の実施形態による測定ヘッド41は、既述した実施形態の測定ヘッド11、21、31と同様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺動自在にハウジング9に支持されている。フィーラ7の基端部7bを固定する支持板5は、ハウジング5の内面から突き出した支点43と、支持板5を支点43へ押圧、付勢するためのばね47とにより支持されている。第4の実施形態では、既述した実施形態とは異なり、ダッシュポットは配設されておらず、これに代わって緩衝部材としての弾性ゴム45により支持板5及び支点43が包被されている。支持板5にはマイクロスイッチ49が取り付けられている。
【0017】
上述したようにして、測定中にフィーラ7が振動すると、その振動は支持板5に伝達される。本実施形態では、この振動は制振手段としてのばね47及び弾性ゴム45により抑制、減衰される。弾性ゴム45の内部減衰により振動を減衰可能であることは言うまでもないが、緩衝部材は、弾性ゴム45に代えて同様の作用をなす振動吸収性の樹脂から形成することもできる。また、図4では、支点43はハウジング9の内面において支持板5のフィーラ側の面に当接するように配設されているが、図2に示すように反対側の面に当接するように設けても良い。更に、図4では、支点43及び支持板5の全体が弾性ゴム45により包被されているが、弾性ゴム45は、少なくとも支点43と支持板5の接触部において両者間を連結するように配設すればよい。
緩衝手段としてダッシュポットやゴム、樹脂を用いず、他の減衰能を有する手段を用いても良い。
また、ばね17,27,37a,37b,47の縮み代をねじ等で変更可能にして、支持板5の支持力を変更して振動吸収性を変えることもできる。あるいは、ばね17,27,37a,37b,47のばね定数をばね定数変更手段を用いて変更可能にして、支持板5の支持力を変更して振動吸収性を変えることもできる。
【0018】
次に、図5を参照して、本発明に関連する第5の実施形態を説明する。
第5の実施形態による測定ヘッド51は、既述した実施形態の測定ヘッド11、21、31、41と同様に、中空のハウジング9と、測定対象物に接触させるためのフィーラ7とを具備し、フィーラ7は揺動自在にハウジング9に支持されている。フィーラ7の基端部7bが取り付けられた支持板5は、ハウジング5の内面から突き出した支点53と、支持板5を支点53へ押圧、付勢するためのばね57とにより支持されている。第5の実施形態では、第4の実施形態と同様にダッシュポットは配設されておらず、これに代わって振動センサ59と、加振器55が支持板5に取り付けられている。既述の実施形態と同様に支持板5にはマイクロスイッチ61が取り付けられている。
【0019】
測定中にフィーラ7が振動すると、その振動は支持板5に伝達される。本実施形態では、この振動は振動センサ59により感知され、その周波数と振幅が検出される。振動センサ59により検出された周波数と振幅に基づき、別途設けたマイクロプロセッサと加振器のドライバ回路を含む加振器制御装置(図示せず)により、振動センサ59により検出された振動を打ち消す振動を加振器55により発生させる。これにより、フィーラ7の振動を抑制、減衰させることが可能となる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、フィーラの基端部が固定された支持部材を支点へ押圧するばねと、支持部材とハウジングとの間に設けられた緩衝部材とを含む制振手段がフィーラの振動を抑制、減衰するので、測定ヘッドの測定精度や再現性を改善することが可能となる。更に、本発明によれば、測定ヘッドの測定対象物への接近又は離反動作の間、制振手段がフィーラの振動を抑制、減衰するので測定ヘッドを高速にて移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図2】本発明第2の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図3】本発明第3の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図4】本発明第4の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【図5】本発明第5の実施形態による測定ヘッドの長手方向断面図である。
【符号の説明】
5…支持板
9…ハウジング
7…フィーラ
11…測定ヘッド
13…支点
15…ダッシュポット
17…ばね[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a measurement head that detects contact with a measurement object used in a coordinate measuring machine, a machine tool, or the like, or displacement due to contact, and particularly relates to a measurement head provided with means for suppressing vibration of a feeler during measurement. .
[0002]
[Prior art]
A measurement head for measuring a displacement with or after contact with a measurement object includes a hollow housing and a feeler for contacting the measurement object. The feeler is formed of a long member, and is fixed to a support member (support plate) provided in the housing at one end thereof. The support plate is movably supported by a spring or the like in the housing. Further, a detector for detecting the displacement of the support plate is disposed in the housing. In this type of measuring head, when the feeler contacts the object to be measured at its tip, the tip of the feeler is displaced, and the displacement appears as the displacement of the support plate, and the moment of contact is detected by the detector. is there. Examples of the detector include a touch type using a micro switch that detects contact with an object to be measured, and a displacement measurement type using a differential transformer that detects displacement of the feeler.
[0003]
Such a measuring head is used in a measuring machine that measures a two-dimensional shape or a three-dimensional shape. It is also possible to attach this measuring head to the spindle of the machine tool. In this case, the position coordinates of the X, Y, and Z axes of the machine tool when contacting the measurement object are read through the NC device of the machine tool, and the dimensions of the measurement object, for example, the processed workpiece Measure the dimensions. In this case, for example, the measured dimension is used to rework the insufficiently machined part of the workpiece.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a penetrating force is applied by acceleration and stop when positioning or approaching operation is performed, vibration is generated in the measuring head, particularly the feeler. The amplitude of the vibration is erroneously detected as a contact or displacement by the detector of the measurement head, and there is a problem that a measurement error occurs or measurement reproducibility deteriorates. In order to avoid this problem, in the prior art, the feed speed is reduced to such an extent that vibration does not occur in the measuring head.
[0005]
An object of the present invention is to provide a measurement head that suppresses and attenuates vibration generated in the measurement head during a measurement operation, thereby enabling highly accurate measurement.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves this problem by providing a buffer means for suppressing and attenuating vibration during the measurement operation in the housing of the measurement head.
That is, the present invention provides a measurement head including a housing and a measurement feeler supported by the housing and in contact with an object to be measured, and a support member provided in the housing and fixing a base end portion of the measurement feeler. A first damping unit disposed on the feeler side with respect to the support member; and a second damping unit disposed on the opposite side of the feeler with respect to the support member, for supporting the support member. The measuring head is characterized in that the supporting member is supported by the first damping means and the second damping means .
[0007]
[Action]
In the first aspect of the present invention, the support member is supported from both sides by the vibration damping means, and vibration energy of the support member is converted into heat and dissipated .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment related to the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
Next, a second embodiment related to the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0013]
In the first embodiment, the
[0014]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0015]
In the above-described embodiment, the vibration damping means is disposed substantially parallel to the center axis O of the
[0016]
Next, a fourth embodiment related to the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0017]
As described above, when the
Instead of using a dashpot, rubber, or resin as the buffering means, other means having damping ability may be used.
Further, the contraction allowance of the
[0018]
Next, a fifth embodiment related to the present invention will be described with reference to FIG.
The
[0019]
When the
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, the damping means including the spring that presses the support member to which the base end portion of the feeler is fixed to the fulcrum and the buffer member provided between the support member and the housing suppresses vibration of the feeler. Therefore, the measurement accuracy and reproducibility of the measurement head can be improved. Furthermore, according to the present invention, the vibration control means suppresses and attenuates the vibration of the feeler while the measurement head is approaching or moving away from the measurement object, so that the measurement head can be moved at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a measuring head according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a measuring head according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a measuring head according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a measuring head according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a measuring head according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
5 ...
Claims (2)
前記ハウジング内に設けられ、前記測定フィーラの基端部を固定する支持部材と、
前記支持部材に関してフィーラ側に配設された第1の制振手段と、
前記支持部材に関してフィーラの反対側に配設された第2の制振手段と、
を具備し、前記支持部材を支持するための支点が配設されておらず、前記支持部材は、前記第1の制振手段及び前記第2の制振手段によって支持されていることを特徴とした測定ヘッド。In a measurement head comprising a housing and a measurement feeler supported by the housing and in contact with an object to be measured,
A support member provided in the housing and fixing a base end portion of the measurement feeler;
First damping means disposed on the feeler side with respect to the support member;
Second damping means disposed on the opposite side of the feeler with respect to the support member;
And a fulcrum for supporting the support member is not provided, and the support member is supported by the first vibration suppression unit and the second vibration suppression unit. Measuring head.
前記第2の制振手段は、前記フィーラの中心軸線に関して概ね平行に配設された第2のばねと、該第2のばねに並列に配設された第2のダッシュポットとを具備する請求項1に記載の測定ヘッド。The first vibration damping means includes a first spring disposed substantially parallel to the center axis of the feeler, and a first dashpot disposed in parallel to the first spring,
The second damping means includes a second spring disposed substantially parallel to the center axis of the feeler, and a second dashpot disposed in parallel to the second spring. Item 2. The measuring head according to Item 1.
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